Решение задачи по нефтянке: Определение вертикальных нагрузок (Вариант 4)

Практическое задание №2. Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку. Выбор буровой установки. Для решения задачи выберем исходные данные для варианта №4 из таблицы 1.1. Исходные данные (Вариант 4): Глубина бурения \( H = 3150 \) м; Диаметр эксплуатационной колонны \( d_э = 178 \) мм; Масса 1 метра обсадной трубы \( q_э = 38,2 \) кг/м; Наружный диаметр УБТ \( d_{убт} = 171 \) мм; Диаметр отверстия УБТ \( d_{о.убт} = 57 \) мм; Длина УБТ \( h_{убт} = 190 \) м; Условный диаметр бурильных труб (БТ) \( d_{бт} = 140 \) мм; Толщина стенки БТ \( s_{бт} = 10 \) мм. Последовательность выполнения работы: 1. Расчет массы обсадной колонны \( Q_э \): \[ Q_э = H \cdot q_э \] \[ Q_э = 3150 \cdot 38,2 = 120330 \text{ кг} \] 2. Определение веса 1 метра УБТ (\( q_{убт} \)) по приложению А: Для наружного диаметра 171 мм и внутреннего 57 мм: \[ q_{убт} = 159 \text{ кг/м} \] 3. Определение веса 1 метра БТ (\( q_{бт} \)) по справочным данным: Для труб диаметром 140 мм с толщиной стенки 10 мм: \[ q_{бт} = 33,4 \text{ кг/м} \] 4. Расчет массы бурильной колонны \( Q_б \): \[ Q_б = h_{убт} \cdot q_{убт} + (H - h_{убт}) \cdot q_{бт} \] \[ Q_б = 190 \cdot 159 + (3150 - 190) \cdot 33,4 \] \[ Q_б = 30210 + 2960 \cdot 33,4 = 30210 + 98864 = 129074 \text{ кг} \] 5. Расчет максимальных нагрузок на крюке с учетом расхаживания: От массы бурильной колонны: \[ P_{бкр} = 1,25 \cdot Q_б \cdot g \] \[ P_{бкр} = 1,25 \cdot 129074 \cdot 9,81 \approx 1582770 \text{ Н} \approx 1583 \text{ кН} \] От массы обсадной колонны: \[ P_{экр} = 1,15 \cdot Q_э \cdot g \] \[ P_{экр} = 1,15 \cdot 120330 \cdot 9,81 \approx 1357514 \text{ Н} \approx 1358 \text{ кН} \] 6. Выбор буровой установки: Максимальная нагрузка \( P_{кр.max} = 1583 \) кН. По приложению Б выбираем установку, обеспечивающую работу на глубине 3150 м и нагрузку более 1583 кН. Подходит БУ 3200/200 ЭК-БМ (или аналогичная серии 3200). Параметры: - Шифр: БУ 3200/200; - Допускаемая нагрузка на крюке: 2000 кН; - Условная глубина бурения: 3200 м; - Оснастка: 5х6. 7. Вес постоянно поднимаемого оборудования \( G_{тс} \): \[ G_{тс} = 0,06 \cdot P_{кр.max} \] \[ G_{тс} = 0,06 \cdot 1583 = 94,98 \text{ кН} \] 8. Натяжение ходового конца каната \( P_{хк} \): Принимаем \( n = 10 \) (для оснастки 5х6), \( \eta_{тс} = 0,85 \). \[ P_{хк} = \frac{P_{кр.max} + G_{тс}}{n \cdot \eta_{тс}} \] \[ P_{хк} = \frac{1583 + 94,98}{10 \cdot 0,85} = \frac{1677,98}{8,5} \approx 197,4 \text{ кН} \] 9. Натяжение неподвижного конца каната \( P_{нк} \): \[ P_{нк} = \frac{P_{кр.max} + G_{тс}}{n} \] \[ P_{нк} = \frac{1583 + 94,98}{10} = 167,8 \text{ кН} \] 10. Максимальная вертикальная нагрузка на вышку \( P_в \): Принимаем коэффициент динамичности \( K_д = 1,2 \). \[ P_в = (P_{кр.max} + G_{тс}) \cdot K_д + P_{хк} + P_{нк} \] \[ P_в = (1583 + 94,98) \cdot 1,2 + 197,4 + 167,8 \] \[ P_в = 2013,58 + 197,4 + 167,8 = 2378,78 \text{ кН} \] Ответ: Максимальная вертикальная нагрузка на вышку составляет 2378,78 кН. Выбрана буровая установка класса 3200/200.